2. Адсорбционное равновесие.

Адсорбция – процесс поглощения одного вещества поверхностью другого вследствие нескомпенсированности силовых полей частиц в поверхностном слое (на границе раздела фаз).

Вещества, частицы которого поглощаются (газ, жидкость, растворенный компонент), называют адсорбатом, а поглотитель – адсорбентом.

Взаимодействия между частицами адсорбата и адсорбента могут иметь различный характер. В зависимости от природы этого взаимодействия различают адсорбцию физическую и химическую (хемосорбцию).

При физической адсорбции частицы адсорбата и адсорбента связываются относительно непрочными межмолекулярными силами взаимодействия (силами Ван-дер-ваальса). Примером физической адсорбции является адсорбция газов или растворенных веществ активированным углем.

При хемосорбции частицы адсорбата и адсорбента связаны более прочными силами сцепления за счет возникающего химического взаимодействия, приводящего к образованию нового вещества. Примером хемосорбции может служить адсорбция кислорода металлами. Процесс отрыва частиц адсорбата от поверхности адсорбента, т.е. явление, обратное адсорбции, называют десорбцией. Если в системе «адсорбат - адсорбент» при заданных условиях скорость адсорбции равна скорости десорбции, состояние системы называют адсорбционным равновесием. Хемосорбция протекает необратимо.

Количественно адсорбцию выражают в молях адсорбата на единицу площади поверхности адсорбента (моль/м²) или в молях адсорбата на единицу массы абсорбента (моль/г).

Величина адсорбции зависит от природы адсорбента и адсорбата, температуры и концентрации (или давления) адсорбата. Кривую зависимости величины адсорбции от равновесных концентраций с или давлений p адсорбата при постоянной температуре Т называют изотермой адсорбции: Г=f(c) или Г=f(p) при T=const.

Зависимость величины адсорбции от концентрации адсорбента (T=const) выражается уравнением Лэнгмюра (при условии, что поверхность адсорбента однородна).

где Г-величина адсорбции; Г_max – максимальная величина адсорбции, обусловленная поверхностью адсорбента; К – константа адсорбционного равновесия; с – равновесная концентрация адсорбента.

Адсорбция растет с увеличением концентрации или давления адсорбирующихся веществ согласно изотерме адсорбции (Рис.2 ,а).

Выразив уравнение Лэнгмюра в виде:

получают линейную зависимость 1/Г от 1/с (Рис.2 ,б).

а) б)

Рис.2 Изотерма Лэнгмюра в двух формах.

На оси ординат отсекается отрезок, равный 1/Г_max, а tgα=1/K·Г_max

Из графика, построенного в координатах 1/Г - 1/с, рассчитывают максимальную величину адсорбции (Г_max), a затем по уравнению Лэнгмюра константу адсорбционного равновесия (К).

При высоких значениях концентраций (давлений) величина К·с » 1

(К·р » 1) уравнение Лэнгмюра принимает вид Г = Г_max.

Адсорбция находит широкое применение на морском флоте, например, при очистке газов и жидкостей от различных примесей; при обработке судовых технологических вод и для улучшения эксплуатационных показателей смазочных материалов, для решения экологических задач на флоте и т.д.